海水绿藻和淡水绿藻光照产氢特征的比较研究

论文摘要

本论文较为系统地考察了DCMU、硫元素缺失和CCCP等胁迫条件对扁藻光照产氢的影响,并以淡水绿藻莱茵衣藻cc124为对照体系,探讨绿藻胁迫产氢的特征和机理,以寻找更为合适的绿藻光照产氢的方法。发现DCMU的引入抑制了两种绿藻的PSII光化学活性,使藻液体系处于厌氧状态,但不能促进光照产氢。硫元素缺失抑制了cc124的PSII光化学活性使产氢速率显著提高,但硫元素缺失部分抑制扁藻PSII光化学活性,不能光照产氢。CCCP的引入能抑制扁藻PSII光化学活性,抑制程度与CCCP浓度密切相关,产氢速率显著提高。CCCP也能促进cc124在含硫条件下直接光照产氢,但光照产氢能力低于无硫调控;CCCP和无硫对cc124PSII光化学活性具有双重抑制作用,但产氢能力较低。研究了扁藻厌氧暗诱导CCCP调控光照产氢的代谢方式和电子来源对光照产氢的影响,发现扁藻在厌氧诱导和光照产氢过程中藻细胞代谢方式为厌氧发酵。扁藻引入CCCP的光照产氢过程中所需电子约90%来源于PSII光解水,约10%来源于内源底物的代谢。考察了培养基对内源底物积累和光照产氢的影响。优化培养基能够促进扁藻快速生长,积累较多的内源底物,但对扁藻CCCP调控光照产氢没有促进作用,但优化培养基培养的扁藻无硫连续光照能产生微量氢气。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 绿藻制氢的背景和意义
• 1.2 绿藻制氢的概况和基本原理
• 1.2.1 微藻制氢的概况
• 1.2.2 绿藻制氢的基本原理
• 1.3 绿藻制氢的研究进展
• 1.3.1 绿藻氢酶的结构和功能
• 1.3.1.1 氢酶的分类
• 1.3.1.2 绿藻[Fe]-hydrogenase 的结构
• 1.3.1.3 绿藻氢酶的功能和诱导表达
• 1.3.1.4 绿藻氢酶活性和大小的比较
• 1.3.1.5 提高绿藻氢酶耐氧性的研究
• 1.3.2 光合作用器官的结构、功能和光合电子传递的研究
• 1.3.2.1 光合作用系统II（PSII）的结构和功能
• 1.3.2.2 光合作用系统I（PSI）的结构和功能
• 1.3.2.3 氢酶电子供体铁氧还蛋白（Ferredoxin）
• 1.3.2.4 元素调控和化学抑制剂对光合电子传递的影响
• 1.3.2.5 绿藻光照产氢过程对PSII活性的调节
• 1.3.2.6 光合电子传递对绿藻光照产氢的影响
• 1.3.2.7 质子传递对绿藻光照产氢的影响
• 1.3.3 绿藻光照产氢过程内源底物代谢的研究
• 1.3.3.1 厌氧条件下，代谢方式的改变
• 1.3.3.2 氢酶在厌氧发酵中的作用
• 1.4 绿藻培养、制氢反应器的研究进展
• 1.4.1 绿藻培养反应系统
• 1.4.1.1 板式反应器
• 1.4.1.2 管式反应器
• 1.4.2 绿藻制氢反应系统
• 1.5 论文研究背景和计划
• 参考文献
• 第二章 绿藻光照产氢过程初步分析
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 藻种来源
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.3.1 藻细胞的培养
• 2.2.3.2 绿藻氢酶的诱导
• 2.2.3.3 氢酶活性的测定
• 2.2.3.4 气体分析
• 2.2.3.5 不同培养周期扁藻光照产氢能力的研究
• 2.2.3.6 绿藻细胞光照产氢的测定
• 2.2.3.7 藻细胞PSII光化学活性的测定
• 2.2.3.8 扁藻线粒体呼吸耗氧的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同培养周期扁藻氢酶活性和光照产氢能力的比较
• 2.3.2 扁藻与莱茵衣藻cc124氢酶活性大小的比较
• 2.3.3 绿藻光照产氢过程初步分析
• 2.3.3.1 扁藻直接光照产氢的研究
• 2.3.3.2 扁藻厌氧暗诱导后光照产氢的研究
• 2.3.3.3 莱茵衣藻cc124直接光照产氢的研究
• 2.3.3.4 扁藻呼吸耗氧量与光合放氧量的比较
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 PSII 抑制剂胁迫条件下绿藻的光照产氢特征
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 藻种来源
• 3.2.3 实验方法
• 3.2.3.1 藻细胞的培养
• 3.2.3.2 绿藻添加DCMU后直接光照产氢
• 3.2.3.3 暗诱导后添加DCMU光照产氢
• 3.2.3.4 气体分析
• 3.2.3.5 藻细胞PSII光化学活性的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 绿藻添加DCMU后直接光照产氢特征
• 3.3.1.1 扁藻添加DCMU后直接光照产氢特征
• 3.3.1.1.1 直接光照期间产氢量变化
• 3.3.1.1.2 直接光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 3.3.1.1.3 直接光照期间氧含量变化
• 3.3.1.2 莱茵衣藻cc124添加DCMU后直接光照产氢特征
• 3.3.1.2.1 直接光照期间产氢量变化
• 3.3.1.2.2 直接光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 3.3.1.2.3 直接光照期间氧含量变化
• 3.3.2 绿藻暗诱导后添加DCMU光照产氢的研究
• 3.3.2.1 扁藻厌氧暗诱导后添加DCMU光照产氢特征
• 3.3.2.1.1 光照期间产氢量变化
• 3.3.2.1.2 光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 3.3.2.1.3 光照期间产氧量变化
• 3.3.2.2 莱茵衣藻cc124暗诱导后添加DCMU光照产氢特征
• 3.3.2.2.1 光照期间产氢量变化
• 3.3.2.2.2 光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 3.3.2.2.3 光照期间产氧量变化
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 无硫条件下绿藻光照产氢特征
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.2.1 莱茵衣藻cc124无硫直接光照产氢
• 4.2.2.2 扁藻无硫直接光照产氢
• 4.2.2.3 扁藻无硫厌氧暗诱导后光照产氢
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 莱茵衣藻cc124无硫直接光照产氢特征
• 4.3.1.1 光照期间产氢量变化
• 4.3.1.2 光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 4.3.1.3 光照期间产氧量变化
• 4.3.1.4 光照期间PSII光化学活性变化与光照产氢速率关系
• 4.3.2 扁藻无硫直接光照产氢特征
• 4.3.2.1 光照产氢量变化
• 4.3.2.2 光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 4.3.2.3 光照期间产氧量变化
• 4.3.3 扁藻无硫厌氧暗诱导后光照产氢特征
• 4.3.3.1 光照产氢量变化
• 4.3.3.2 光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 4.3.3.3 光照期间产氧量变化
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 扁藻厌氧暗诱导后解偶联剂调控光照产氢特征
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 仪器与试剂
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.2.1 解偶联剂CCCP 对扁藻氢酶活性的影响
• 5.2.2.2 CCCP 对扁藻线粒体呼吸耗氧的影响
• 5.2.2.3 扁藻暗诱导CCCP调控光照产氢
• 5.2.2.4 藻液pH 的测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 CCCP 对扁藻氢酶活性的影响
• 5.3.2 不同浓度解偶联剂CCCP对扁藻线粒体呼吸耗氧的影响
• 5.3.3 扁藻厌氧暗诱导后CCCP调控光照产氢特征
• 5.3.3.1 光照期间产氢量变化
• 5.3.3.2 光照期间藻细胞PSII 光化学活性变化
• 5.3.3.3 光照期间产氧量变化
• 5.3.3.4 光照产氢速率与藻细胞PSII光化学活性关系
• 5.3.4 扁藻光照产氢前后藻液pH的变化
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 绿藻解偶联剂调控直接光照产氢特征
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 仪器与试剂
• 6.2.2 实验方法
• 6.2.2.1 扁藻CCCP调控直接光照产氢
• 6.2.2.2 莱茵衣藻cc124含硫CCCP调控直接光照产氢
• 6.2.2.3 cc124 无硫 CCCP 调控直接光照产氢
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 扁藻CCCP调控直接光照产氢特征
• 6.3.1.1 光照期间产氢量变化
• 6.3.1.2 光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 6.3.1.3 光照产氢速率与藻细胞PSII光化学活性关系
• 6.3.1.4 光照期间产氧量变化
• 6.3.2 莱茵衣藻cc124含硫CCCP调控直接光照产氢特征
• 6.3.2.1 光照期间产氢量变化
• 6.3.2.2 光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 6.3.2.3 光照产氢速率与藻细胞PSII光化学活性变化
• 6.3.2.4 光照期间产氧量变化
• 6.3.3 莱茵衣藻cc124无硫CCCP调控光照产氢特征
• 6.3.3.1 光照期间产氢量变化
• 6.3.3.2 光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 6.3.3.3 光照产氢速率与藻细胞PSII光化学活性变化关系
• 6.3.3.4 光照期间产氧量变化
• 6.4 小结
• 参考文献
• 第七章 扁藻CCCP胁迫产氢机理和内源底物作用分析
• 7.1 引言
• 7.2 材料和方法
• 7.2.1 实验仪器与试剂
• 7.2.2 实验方法
• 7.2.2.1 不同来源电子对扁藻光照产氢的影响
• 7.2.2.2 扁藻培养过程中生物量和生化组分的测定
• 7.2.2.2.1 细胞计数法
• 7.2.2.2.2 藻液 pH 测定同 5.2.2.4
• 7.2.2.2.3 叶绿素含量法
• 7.2.2.2.4 胞内可溶性蛋白的测定
• 7.2.2.2.5 胞内淀粉的测定
• 7.2.2.3 藻细胞形态的观察
• 7.2.2.4 不同培养基培养扁藻细胞呼吸耗氧量的变化
• 7.3 结果与讨论
• 7.3.1 不同来源电子对CCCP促进扁藻光照产氢的影响
• 7.3.2 不同培养基对扁藻生长动力学和光照产氢变化的研究
• 7.3.2.1 不同培养基对扁藻生长动力学影响的研究
• 7.3.2.1.1 培养期间藻细胞浓度变化
• 7.3.2.1.2 培养期间藻液pH 的变化
• 7.3.2.1.3 培养期间藻液叶绿素含量变化
• 7.3.2.1.4 扁藻养期间藻细胞蛋白含量变化
• 7.3.2.1.5 培养期间藻细胞胞内淀粉含量变化
• 7.3.2.1.6 培养期间藻细胞PSII 光化学活性变化
• 7.3.2.1.7 培养期间生长状态的观察
• 7.3.2.2 1号和2号培养基培养扁藻细胞光照产氢特征的比较
• 7.3.2.2.1 1 号和2 号培养基培养扁藻呼吸耗氧的比较
• 7.3.2.2.2 1 号和2 号培养基培养扁藻氢酶活性大小比较
• 7.3.2.2.3 2号培养基培养扁藻细胞无硫连续光照产氢的特征
• 7.3.2.2.3.1 光照期间产氢量变化
• 7.3.2.2.3.2 光照期间藻细胞PSII光化学活性变化
• 7.3.2.2.3.3 光照期间产氧量变化
• 7.3.2.3.4 2 号培养基培养扁藻CCCP 调控光照产氢的研究
• 7.3.3 扁藻光照产氢前后蛋白含量变化
• 7.3.3.1 硫元素调控对扁藻光照前后蛋白的影响
• 7.3.3.2 扁藻CCCP调控光照产氢前后蛋白含量的变化
• 7.3.4 光照前后藻液叶绿素含量变化
• 7.3.5 扁藻光照产氢前后n（Chl a）/n（Chl b）值的变化
• 7.4 小结
• 参考文献
• 第八章 结论
• 8.1 结论
• 8.2 后续工作建议
• 作者简历
• 攻读博士学位期间发表研究论文如下
• 致谢